探索衛(wèi)星光通信，華為發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的思考及展望》報告

  ICC訊 2023年12月27日，華為在中國光學(xué)工程學(xué)會主辦的第八屆空間光通信與組網(wǎng)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的思考及展望》報告。本研討會旨在匯聚從事空間光通信的專業(yè)人員開展學(xué)術(shù)交流，為科研工作者提供一個展示前瞻性觀點，探討關(guān)鍵技術(shù)的平臺。

  大會報告人唐曉軍博士為華為光產(chǎn)品線技術(shù)規(guī)劃部部長&首席技術(shù)規(guī)劃師，他在報告中講到，人類活動的足跡遍布地球的荒野沙漠海洋，并開始重啟對月球、火星的探索及太空旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，基于微波的窄帶衛(wèi)星通信已經(jīng)發(fā)展了很多年，但有限的通信帶寬將難以匹配未來大規(guī)模、大容量的衛(wèi)星通信需求，空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)的重要性日益凸顯。

  唐曉軍博士回顧了空間及地面兩個光通信領(lǐng)域發(fā)展歷史、發(fā)展進展及業(yè)務(wù)進展，并從鏈路帶寬、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)可靠、網(wǎng)絡(luò)管控等維度分析數(shù)十年積累的地面光網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗及技術(shù)如何借鑒并用在衛(wèi)星光通信上，并從批量制造、精密裝調(diào)和模擬仿真系統(tǒng)等維度探討如何保障批量交付。

  展望1：鏈路帶寬

  人類足跡遍布荒野海洋沙漠帶來手機、輪船和飛機通信需求，火災(zāi)、地震、海嘯對全球應(yīng)急響應(yīng)的需求，氣候污染的全球?qū)崟r感知測繪需求，未來的太空旅游實時通信需求，以及月球、火星基地的太空互聯(lián)需求等;可以預(yù)見僅為10Gbps的星間鏈路和星地鏈路帶寬在不遠的未來將成為瓶頸?；跇I(yè)務(wù)需求分析，預(yù)計2030鏈路帶寬將達到100Gbps,甚至400Gbps。

  展望2：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

  金融/大企業(yè)等高品質(zhì)專線數(shù)據(jù)回傳需要具備大帶寬、高可靠特征的星間鏈路，支持任意速率接入的fgOTN技術(shù)相關(guān)協(xié)議、提供高安全性的QKD(量子密鑰分配)技術(shù)相關(guān)協(xié)議是星間鏈路承載高品質(zhì)to B專線的基礎(chǔ)。

  展望3：網(wǎng)絡(luò)可靠

  到目前為止，地面WDM/OTN ASON(Automatically Switched Optical Network, 自動交換光網(wǎng)絡(luò))已成熟商用超過13年，部署在300多全球運營商的500多張網(wǎng)絡(luò)上，全面解決了光纖頻繁中斷帶來的業(yè)務(wù)受影響等問題。與地面網(wǎng)絡(luò)相比，由于以下三個原因?qū)е滦情g網(wǎng)絡(luò)切換頻次更高， ASON技術(shù)上天成為提高空間光網(wǎng)絡(luò)可靠性的必要手段。

  1)星地鏈路連接時長不確定、業(yè)務(wù)需頻繁換星落地

  2)星間鏈路受日凌影響中斷帶來業(yè)務(wù)中斷

  3)星地鏈路帶寬變化導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量易擁塞

  展望4：網(wǎng)絡(luò)管控

  地面已經(jīng)有成熟的網(wǎng)絡(luò)管控技術(shù)，實現(xiàn)對千級大網(wǎng)的分析、管理、控制。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)雖然規(guī)模不及地面網(wǎng)絡(luò)大，但與地面網(wǎng)絡(luò)站點和鏈路相對固定不同，站點動態(tài)、鏈路動態(tài)、通斷動態(tài)導(dǎo)致對其的管理變得復(fù)雜。基于地面網(wǎng)絡(luò)管控技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，需做到光載荷數(shù)字化及AI預(yù)測，實現(xiàn)星際光主動運維，包括：常規(guī)通道支持業(yè)務(wù)功能的配置、故障自動上報、性能實時監(jiān)控、光載荷重構(gòu)、采集在軌數(shù)據(jù)，逃生通道支持通用遙測指令、常規(guī)遙測、工程遙測等。

  展望5：批量制造與精密裝調(diào)

  規(guī)模化的空間光寬帶網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)備量產(chǎn)的支撐，勢必打破傳統(tǒng)的制造和精密裝調(diào)模式：加大在設(shè)計和開發(fā)階段的投入，將可靠性設(shè)計、增強和驗證提前到此階段;在生產(chǎn)控制階段，引入自動化裝備，提升測試和裝調(diào)效率，規(guī)避手工操作帶來的設(shè)備一致性低的問題，提升設(shè)備良率;從而達到降低測試驗證項目和時間及自動化裝調(diào)的目的，支撐設(shè)備量產(chǎn)。

  展望6：模擬仿真系統(tǒng)

  由于光機系統(tǒng)復(fù)雜、迭代周期長，地檢系統(tǒng)難以實現(xiàn)全場景覆蓋、運行環(huán)境模擬困難，成為精準(zhǔn)設(shè)計、快速開發(fā)的掣肘。需構(gòu)建光機電算熱全覆蓋數(shù)字仿真平臺，實現(xiàn)地檢、載荷、數(shù)字仿真互聯(lián)互通，主要包括：

  · 光機力熱仿真實現(xiàn)信道的全鏈路集成仿真;

  · 跟瞄系統(tǒng)高精度設(shè)計，通過數(shù)字仿真進行多維度耦合系統(tǒng)分析、模擬多場景運行，輸出能夠在復(fù)雜條件下快速捕獲、穩(wěn)定跟蹤的方案;

  · 可靠性分析，通過模型建立與系統(tǒng)仿真，實現(xiàn)組部件及系統(tǒng)的性能及裕量分析，實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計;

  · 測試效果評估，通過仿真實現(xiàn)復(fù)雜用例、批量用例測試，支持任意參數(shù)取值組合覆蓋，同時支持萬組用例仿真，提高場景覆蓋度及分析效率。

  隨后，唐曉軍博士提出了面對空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)的5大關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：

  1. 相干100G+上天。主要挑戰(zhàn)在于：工業(yè)相干器件的航天適應(yīng)性加固、抗輻噪的新器件和新材料突破、oDSP算法優(yōu)化等。

  2. 超高靈敏度接收。主要挑戰(zhàn)包括：高靈敏度APD直接檢測、相干檢測替代IMDD、單光子探測、相敏放大接收等。

  3. 光載荷輕量化。主要挑戰(zhàn)包括：通過架構(gòu)創(chuàng)新減少部件、新結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化系統(tǒng)、引入新材料實現(xiàn)輕量化等。

  4. 高精度跟瞄技術(shù)。主要挑戰(zhàn)包括：高精度光天線驅(qū)動電機、高精度ATP跟蹤算法、2D振鏡補償光線偏角等。

  5. 動態(tài)大規(guī)模組網(wǎng)。主要挑戰(zhàn)包括：預(yù)先光連接、業(yè)務(wù)無縫切換，1+1備份提供高可靠性網(wǎng)絡(luò)保護，多因素最優(yōu)路徑、彈性帶寬防擁塞，物理隔離+管道加密，實現(xiàn)專網(wǎng)安全等。

  唐曉軍博士在報告最后總結(jié)：衛(wèi)星通信從窄帶走向?qū)拵?，從微波通信技術(shù)走向光通信技術(shù)是必然之路，具備全覆蓋的空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)將逐步發(fā)展成為未來關(guān)鍵的信息基礎(chǔ)設(shè)施。